KR101989969B1 - Contents experience system of architectural sites based augmented reality - Google Patents

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KR101989969B1
KR101989969B1 KR1020180121403A KR20180121403A KR101989969B1 KR 101989969 B1 KR101989969 B1 KR 101989969B1 KR 1020180121403 A KR1020180121403 A KR 1020180121403A KR 20180121403 A KR20180121403 A KR 20180121403A KR 101989969 B1 KR101989969 B1 KR 101989969B1
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KR1020180121403A
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배병선
한욱
지성진
권흥순
하태진
황다온
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대한민국
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Abstract

The present invention relates to an augmented reality based realistic content experience system of an architectural site. According to the present invention, it is possible to reduce an error rate through an error calibration process by applying a location adjustment technology and a marker and a camera tracking in a complex manner to: provide realistic content of an architectural site; accurately augment exact scaled 3D design image data implemented based on actual measurement data of the architectural site by using a camera tracking technology in a mobile terminal by itself to calculate posture (location, rotation); resolve problems that occur when using existing AR technologies, that is, location is not accurately matched with surrounding environment by using GPS coordinates and sense of reality of spectators drops; and allow a virtual object to have sense of reality by recognizing a real object and environment through a smart phone camera, a gyroscope, and an acceleration sensor. The present invention includes a BIM DB and a mobile terminal.

Description

증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템{Contents experience system of architectural sites based augmented reality}[TECHNICAL FIELD] The present invention relates to a real-

본 발명은 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템에 관한 것으로 상세하게는 위치 정합 기술을 적용하여 마커와 카메라 트래킹의 복합 적용 및 현장 실험을 통한 오차 보정 과정을 통해 오차율을 개선하여 건축 유적의 실감형 콘텐츠를 보다 현실감있게 체험할 수 있도록 한 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a reality-based content experience system for augmented reality-based architectural remains. More specifically, the present invention relates to a system and method for realizing a real- The present invention relates to a real-life type content experience system of architectural remains based on an augmented reality that enables realistic contents to be experienced more realistically.

또한 본 발명은 유물의 실측 데이터를 기반으로 구현된 정확한 스케일의 3D 설계 영상데이터를 서버를 경유하지 않고 모바일 단말기에서 자체적으로 카메라 트래킹 기술을 이용하여 자세(위치, 회전)을 계산하여 정확하게 증강할 수 있는 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템에 관한 것이다. Also, the present invention can precisely augment the 3D design image data of accurate scale implemented on the basis of actual data of the artifacts by calculating the posture (position, rotation) by using the camera tracking technology in the mobile terminal without passing through the server The present invention relates to a realistic contents experience system of augmented reality based architectural remains.

더욱이 본 발명은 기존의 AR 기술들을 이용한 경우 발생되는 문제 즉, GPS좌표를 이용하여 주변 환경과 정확하게 융합되지 못하고, 재생되는 이미지가 주변 환경에 정확하게 위치되지 못하는 문제를 해소하고 스마트폰의 카메라, 자이로스코프, 가속도 센서를 통해 현실의 객체와 환경을 정확하게 인식하여 가상의 객체에 사실감을 줄 수 있도록 구현할 수 있게 한 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템에 관한 것이다. Further, the present invention solves the problem that occurs when using existing AR technologies, i.e., the problem that the reproduced image can not be accurately located in the surrounding environment because it can not be accurately fused with the surrounding environment by using the GPS coordinates, The present invention relates to a real-life contents experience system of augmented reality-based architectural remains capable of accurately realizing real objects and environments through scopes and accelerometers and realizing realistic feelings on virtual objects.

증강현실(Augmented Reality, AR)은 현실의 이미지나 배경에 3차원 가상 이미지를 겹쳐서 하나의 영상으로 보여주는 기술로, 비행기 제조사인 보잉사에서 1990년경 비행기 조립 과정에 가상의 이미지를 첨가하면서 증강현실이 처음으로 세상에 소개됐다.Augmented Reality (AR) is a technology that superimposes a 3D virtual image on a realistic image or background and displays it as a single image. Boeing, an airplane maker, adds a virtual image to an airplane assembly process around 1990, It was introduced to the world for the first time.

이러한 증강현실은 다양한 기술 분야에서 사용되고 있으며, 그 예로는 건축 기술이다. Such augmented reality is used in various technical fields, for example, building technology.

이러한 증강현실 기술을 건축 기술에 사용한 예로 특허문헌 1내지 3이 있다. Patent literatures 1 to 3 are examples of the use of such augmented reality technology in building technology.

특허문헌 1은 증강현실기법을 이용한 건축 구조물 정보 제공 장치에 있어서, 건설 현장(site) 또는 건설 현장에 위치한 건축 구조물의 영상을 수신하는 송수신부, 건설 현장에 건설될 건축 구조물 또는 건설 현장에 위치한 건축 구조물에 대응되는 3D 설계도를 검색하는 설계도 검색부, 및 증강현실기법을 이용하여 검색된 3D 설계도를 건설 현장 또는 건설 현장에 위치한 건축 구조물의 영상에 중첩하는 영상 처리부를 포함하되, 영상 처리부는, 검색된 3D 설계도를 건설 현장 또는 건설 현장에 위치한 건축 구조물의 영상에 대응되도록 리사이징(Resizing)하는 것인 증강현실기법을 이용한 건축 구조물 정보 제공 장치이고, Patent Document 1 discloses a structure information providing apparatus using an augmented reality technique. The apparatus includes a transmitting / receiving unit for receiving an image of a building structure at a site or a construction site, a building structure to be constructed at a construction site, And an image processing unit for superimposing the 3D design diagram searched by the augmented reality technique on an image of a building structure located at a construction site or a construction site, The architectural structure information providing apparatus using an augmented reality technique that resizes a design so as to correspond to an image of an architectural structure located at a construction site or a construction site,

특허문헌 2는 증강현실을 이용하여 왕릉 내의 유물 정보를 디스플레이하는 방법에 있어서, a) 증강현실 구현을 위한 어플리케이션을 동작시킨 후 사진촬영 모드를 실행하는 단계; b) 어플리케이션을 운용하기 위한 알고리즘이 탑재된 제어장치가 사용자의 사진촬영 모드 진입에 응답하여, 휴대폰의 GPS 및 자이로센서를 기동시키는 단계; c) 제어장치가, 휴대폰의 현재 좌표정보 및 휴대폰이 주시하는 방향정보를 인지하는 단계; d) 휴대폰의 좌표로부터 가장 근접한 왕릉 좌표 및 해당 왕릉에 대한 부가정보를 데이터베이스로부터 추출하는 단계; e) 왕릉 내에 위치한 유물의 좌표정보, 그래픽 정보를 데이터베이스로부터 추출하는 단계; f) 왕릉의 중심좌표와 휴대폰의 현재 좌표를 기반으로 휴대폰과 왕릉의 중심좌표 간의 거리를 산출하는 단계; g) 거리를 반경으로 한 원의 데이터를 추출하고, 추출된 원의 데이터 중 정방(정동, 정서, 정남, 정북)에 위치한 4개의 좌표 데이터를 추출하는 단계; h) 4개의 좌표 데이터 중 왕릉의 중심좌표로부터 가장 근접한 하나의 좌표를 추출하는 단계; i) 좌표와 왕릉 중심좌표, 휴대폰 좌표에 기반하여, 휴대폰의 정방과 왕릉의 중심좌표간의 각도를 산출하는 단계; j) 유물이 위치한 지역을 나타내는 최대직경으로 유물의 범위를 정의하고, 왕릉의 중심좌표를 유물의 범위로 가변시켜 유물의 범위각도를 산출하는 단계; k) 왕릉의 중심좌표의 정방향과 휴대폰의 주사방향을 중심으로 회동 각도를 자이로센서로부터 검출하는 단계; l) 회동 각도가 유물의 범위각도에 존재하는지를 판단하되 판단결과, 회동 각도가 유물의 범위각도에 존재하지 않을 경우, 이는 왕릉을 촬영하기 위한 의도가 없는 것으로 판단하여 a)단계로 피드백하는 단계; m) ㅣ) 단계에서 판단한 결과, 회동 각도 a가 유물의 범위각도에 존재하는 경우, 거리 및 휴대폰의 좌표 정보에 대응하는 유물을 증강현실로 디스플레이하는 단계로 이루어지며, 유물에 대한 증강현실은 실제 유물이 놓인 방향과 크기에 대응하여 휴대폰의 위치 및 방향에 따라 유물의 그래픽 크기 및 디스플레이 각도가 변형되는 증강현실을 이용한 왕릉 유물 정보 출력방법이며, Patent Document 2 discloses a method for displaying artifact information in a royal tomb using an augmented reality, including the steps of: a) executing an application for implementing an augmented reality and then executing a photographing mode; b) activating the GPS and gyro sensor of the cellular phone in response to the control device having the algorithm for operating the application entering the user's photography mode; c) the control device recognizes the current coordinate information of the mobile phone and the direction information that the mobile phone looks at; d) extracting from the database the nearest royal tomb coordinates from the coordinates of the mobile phone and additional information about the tombstone; e) extracting coordinate information and graphic information of artifacts located in the royal tombs from a database; f) calculating a distance between the center coordinates of the mobile phone and the royal tomb based on the center coordinates of the royal tomb and the current coordinates of the mobile phone; g) extracting data of a circle whose distance is a radius, extracting four coordinate data located in the square (Jeongdong, Jeongnam, Jeonnam, and Jeonbuk) among the extracted circle data; h) extracting one coordinate closest to the center coordinates of the royal tomb among the four coordinate data; i) calculating an angle between the coordinates of the mobile phone and the center coordinates of the royal tomb based on the coordinates, the royal tomb center coordinates, and the mobile phone coordinates; j) defining a range of an artifact to a maximum diameter indicating an area where the artifact is located, and varying a center coordinate of the tomb to a range of the artifact to calculate an angle range of the artifact; k) detecting a rotation angle from a gyro sensor about a forward direction of the center coordinates of the royal tombstones and a scanning direction of the mobile phone; l) determining whether the rotation angle exists in the range angle of the artifact, and if it is determined that the rotation angle does not exist in the range angle of the artifact, it is determined that there is no intention to shoot the royal tomb; m) step, the artifact corresponding to the distance and the coordinate information of the mobile phone is displayed as an augmented reality when the rotation angle a exists in the range angle of the artifact, A method of outputting royal relics information using an augmented reality in which a graphic size and a display angle of an artifact are deformed according to a position and a direction of a mobile phone corresponding to a direction and a size of an artifact,

특허문헌 3은 증강현실장비의 화면에 투영된 공간 상에 증강현실을 이용하여 건설공간정보를 디스플레이하는 방법에 있어서, 건설공간정보를 디스플레이하기 위한 위치를 선정하는 단계; 선정된 위치에서 증강현실장비의 화면을 통하여 보이는 현실 공간 상의 특정 영역을 인식하는 단계; 인식된 특정 영역 상에 GIS 정보를 디스플레이하는 단계; 디스플레이된 GIS 정보 상에 BIM (Building Information Modeling) 정보를 이용하여 3D 건물을 시각화하는 단계; 증강현실장비를 통하여 디스플레이된 건설공간정보 상의 특정 위치를 선택하는 단계; 특정 위치에 대한 명령을 수신하는 단계; 및 수신된 명령에 따른 건설공간정보를 디스플레이하는 단계를 포함하며, 특정 명령은 특정 위치로의 이동 명령을 포함하고, 이동 명령은 증강현실장비의 화면 중심에 위치한 커서를 특정 위치에 위치시킨 후 선택 명령을 입력하는 것에 의하여 수행되며, 선택 명령은 증강현실장비의 화면 중심에 위치한 커서를 소정 시간 이상 움직이지 않거나, 증강현실장비에 연결된 클리커를 클릭하거나, 증강현실장비에 설치된 음성 인식 장치에 특정 음성을 인식시키는 것에 의하여 수행되는 증강현실을 이용한 건설공간정보 디스플레이 방법이다.Patent Document 3 discloses a method for displaying construction space information by using an augmented reality on a space projected on a screen of an augmented reality equipment, comprising the steps of: selecting a location for displaying construction space information; Recognizing a specific region on the real space through the screen of the augmented reality equipment at the selected location; Displaying GIS information on a recognized specific area; Visualizing a 3D building using BIM (Building Information Modeling) information on the displayed GIS information; Selecting a specific location on the displayed construction space information through the augmented reality equipment; Receiving an instruction for a specific location; And displaying the construction space information according to the received instruction, wherein the specific instruction includes a movement instruction to a specific position, the movement instruction places a cursor positioned at the center of the screen of the augmented reality device at a specific position, Command. The selection command is a command to select a speech recognition device that does not move the cursor located at the center of the screen of the augmented reality device for a predetermined time or clicks a clicker connected to the augmented reality device, A method of displaying a construction space information using an augmented reality performed by recognizing a speech.

이와 같이 증강 현실을 이용한 다양한 건축 관련 기술이 개발되고 있으나, 이러한 종래의 위치추적 방식에 기반한 AR 기술들을 이용하고 있고, 종래의 위치추적 방식 AR기술의 경우 GPS좌표를 이용하여 현실세계 좌표 인식에 있어서 오차범위가 M 단위이므로, 재생되는 이미지가 주변환경에 정확하게 위치하지 못하는 문제가 있다. Various AR related technologies using ARs have been developed, but AR technologies based on the conventional position tracking method are used. In the case of the AR technology of the conventional position tracking system, in the real world coordinate recognition using the GPS coordinates There is a problem that the reproduced image can not be accurately located in the surrounding environment because the error range is M units.

또한 건축물 모델링과 같은 대용량의 데이터를 모바일 기기와 같은 최종 디스플레이 장비에서 재생되기 전에 대용량 정보를 처리하는 서버를 경유하여 데이터 최적화 과정 등의 정보처리 과정을 거친 후, 최종 디스플레이 장비에서 재생되므로 별도의 장비가 필요하여 사용에 불편함을 주는 문제가 있다. In addition, since a large amount of data such as building modeling is processed in an information processing process such as a data optimization process through a server that processes a large amount of information before being reproduced in a final display device such as a mobile device, There is a problem that it is inconvenient to use.

대한민국 등록특허 제10-1171264호Korean Patent No. 10-1171264 대한민국 등록특허 제10-1874345호Korean Patent No. 10-1874345 대한민국 등록특허 제10-1876499호Korean Patent No. 10-1876499

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 위치 정합 기술을 적용하여 마커와 카메라 트래킹의 복합 적용 및 현장 실험을 통한 오차 보정 과정을 통해 오차율을 개선하여 보다 현실감 있는 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험할 수 있게 한 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been developed to solve the problems of the related art as described above, and it is an object of the present invention to improve the error rate through the application of a marker and camera tracking by applying position matching technology, Which is capable of experiencing real-life contents of an augmented reality-based architectural heritage.

또한 본 발명은 유물의 실측 데이터를 기반으로 구현된 정확한 스케일의 3D 설계 영상데이터를 모바일 단말기에서 자체적으로 카메라 트래킹 기술을 이용하여 자세(위치, 회전)를 계산하여 정확하게 증강할 수 있는 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, the present invention provides an augmented reality-based architecture capable of precisely augmenting the 3D design image data of accurate scale implemented on the basis of actual data of artifacts by calculating posture (position, rotation) And to provide a real-experience content experience system of the ruins.

더욱이 본 발명은 기존의 AR 기술들을 이용한 경우 발생되는 문제 즉, GPS좌표를 이용하여 오차가 크기 때문에 발생하는 부정확한 위치정합 문제를 해소하고 스마트폰의 카메라, 자이로스코프, 가속도 센서를 통해 현실의 객체와 환경을 인식하여 가상의 객체에 사실감을 줄 수 있도록 구현할 수 있게 한 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. Further, the present invention solves the problem that occurs when using existing AR technologies, that is, an incorrect position matching problem that occurs due to a large error using GPS coordinates, and realizes objects through a camera, a gyroscope, And a reality-based contents experiencing system of architectural remains based on an augmented reality capable of realizing realistic feeling of a virtual object by recognizing the environment.

상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템은 증강현실 기법을 이용하여 고건축물의 유적 정보를 디스플레이하는 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템에 있어서, 고건축물의 3차원 정보모델을 기반으로 건축물의 정보를 통합하여 활용이 가능하도록 시설물의 형상, 속성 등을 정보로 표현한 디지털 모형인 기본설계BIM 정보를 저장한 BIM DB(Database); 상기 BIM BD의 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠에 접속하기 위한 어플리케이션을 구비한 모바일단말기를 포함하고, 상기 어플리케이션은 실행화면이 출력된 후 해당 고건축물의 역사적 배경과 의미를 설명하는 설명화면, 상기 설명화면 상의 일측에 구비된 시작버튼을 누름에 의해 생성되는 카메라 촬영 대기를 알리는 마커가 표시되는 마커인식화면, 카메라가 해당 고건축물의 위치로 추정되는 소정 위치를 인식하면 해당 위치에 속하는 건축구조물이 증강되는 메인화면을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a real-experience-type contents experience system of architectural remains based on an augmented reality based on augmented reality, A BIM DB (Database) that stores basic design BIM information, which is a digital model that expresses the shape and property of the facility by using the information of the building based on the 3D information model of the building. And a mobile terminal having an application for accessing sensible contents of the augmented reality-based architectural remains of the BIM BD. The application includes a description screen for explaining the historical background and meaning of the municipal building after the execution screen is output, A marker recognition screen on which a marker indicating a camera shooting wait time generated by pressing a start button provided on one side of the explanatory screen is displayed and a marker recognition screen on which a camera, And a main screen to be enhanced.

상기 모바일단말기는 터치스크린을 갖고, 어플리케이션은 스크린의 메인화면의 일측에는 메뉴바를 배치하여 항상 원하는 메뉴에 접근할 수 있게 하되, 메뉴바에 구비된 버튼은 화면 일측에 고정되어 어디서든 접근 가능한 메인 메뉴 버튼과, 증강된 콘텐츠의 특정 부분에서만 접근 가능한 부가버튼으로 구성되는 것이 바람직하다. The mobile terminal has a touch screen and the application has a menu bar on one side of the main screen of the screen so that it can always access a desired menu. The buttons provided on the menu bar are fixed to one side of the screen, And an additional button accessible only to a specific portion of the augmented content.

상기 어플리케이션에서 메뉴바에 구비된 메뉴버튼은 해당 고건축물의 발굴터의 형상을 증강시키는 발굴터버튼, 해당 고건축물의 증강 화면의 기후 환경을 선택하는 환경선택버튼, 증강 화면 중 일부를 확대하여 증강시키는 확대버튼, 증강된 현재 화면을 캡쳐하는 촬영버튼, 경음악, 효과음, 내레이션을 설정하는 설정버튼, 증강 화면 상에서 소정 부분을 선택하였을 때 선택된 부분에 대한 추가 정보를 표시하는 추가정보버튼을 구비할 수 있다. The menu button provided on the menu bar in the application may include a digger button for enhancing the shape of the digging trowel of the building, an environment selection button for selecting the climate environment of the elevation screen of the tall building, An enlarging button, a shooting button for capturing an enhanced current screen, a setting button for setting a narration, an effect sound, a narration, and an additional information button for displaying additional information about a selected portion when a predetermined portion is selected on the enhancement screen .

상기 BIM DB에 저장된 정보는 폴리곤 최적화, 누락 및 보완 사항 확인 후 모델링 추가, 매핑 적용 및 단조로움을 피하기 위한 각 오브젝트별 UV조정 과정을 통해 최적화될 수 있다. The information stored in the BIM DB can be optimized through a UV adjustment process for each object to avoid polygon optimization, missing and complementary items, modeling addition, mapping application, and monotony.

BIM DB를 바탕으로 화면에 재생되는 이미지가 배경과 정확하게 위치상 정합되도록 하기 위해서 종래의 GPS 위치 추적방식을 사용하지 않고, IOS용 모바일 장비나 안드로이드용 모바일 장비에서 사용되는 VIO(Visual Inertial Odometry) 또는 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)기술을 적용하되, 상기의 기술들이 이론적으로 가지는 화면 이미지와 현실 배경상의 오차를 최소화시키기 위해 어플리케이션 가동 초기 화면에서 마커를 인식하여 1차 위치 정합을 시도하는 과정을 수행하고, 어플리케이션 개발 과정에서 수차례의 현장실험을 시도하고 수치 조정을 통해 오차를 최소화 할 수 있다. In order to accurately match the position of the image reproduced on the screen based on the BIM DB with the background, it is possible to use a VIDEO (Visual Input Odometry) or a VIDEO (VIO) used in mobile devices for IOS or mobile devices In order to minimize the error on the screen image and the reality of the screen image, which are theoretically based on the above-described technologies, a process of attempting primary position registration by recognizing the marker on the initial screen of the application operation is performed in order to apply SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) , It is possible to try several field experiments in the application development process and to minimize errors by numerical adjustment.

본 발명에 따른 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템은 고건축물의 복원 고증연구 결과에 대한 공감각적 검토로 보다 실현가능한 복원안을 마련할 수 있는 효과가 있다. The actual experience type contents experience system of architectural remains based on an augmented reality according to the present invention can provide a more realizable restoration plan by reviewing the results of the restoration and restoration of the building.

또한 본 발명은 최신 ICT기술을 접목한 스마트 역사 체험 콘텐츠 구축함에 따라 유적에 대한 관심을 유도할 수 있을 뿐만 아니라, 가치에 대한 전달 효과를 높일 수 있는 효과가 있다. Further, according to the present invention, it is possible to induce the interest in the relics according to the smart history experience contents destruction box that incorporates the latest ICT technology, and to increase the effect of transferring the value.

도 1은 본 발명에 따른 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템의의 모바일 단말기에 표시되는 어플리케이션의 메뉴 구성도
도 3은 본 발명에 따른 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템의의 모바일 단말기에 표시되는 어플리케이션의 초기화면의 일예
도 4는 본 발명에 따른 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템의의 모바일 단말기에 표시되는 어플리케이션의 사용자 가이드 화면의 일예
도 5는 본 발명에 따른 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템의의 모바일 단말기에 표시되는 어플리케이션의 마커 인식 화면의 일예
도 6은 본 발명에 따른 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템의의 모바일 단말기에 표시되는 어플리케이션의 해당 고 건축물 메인화면
도 7은 본 발명에 따른 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템의의 모바일 단말기에 표시되는 어플리케이션의 발굴터 화면
도 8은 본 발명에 따른 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템의의 모바일 단말기에 표시되는 어플리케이션의 기후환경 화면
도 9는 본 발명에 따른 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템의의 모바일 단말기에 표시되는 어플리케이션의 확대표시화면
도 10는 본 발명에 따른 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템의의 모바일 단말기에 표시되는 어플리케이션의 촬영 화면
도 11은 본 발명에 따른 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템의의 모바일 단말기에 표시되는 어플리케이션의 설정화면
도 12는 본 발명에 따른 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템의의 모바일 단말기에 표시되는 어플리케이션의 서로 다른 기능 표시 화면
도 13은 위치정합 기술의 근간이 되는 VIO 및 SLAM 기술 상 이론적으로 예측되는 마커로부터의 거리 대비 재생화면의 위치정합 오차율
도 14는 마커로부터의 거리 대비 오차율을 줄이기 위한 현장실험 및 수치 보정과정 사진1 is a block diagram of a real-experience-type contents experience system of architectural remains based on an augmented reality according to the present invention
FIG. 2 is a diagram illustrating a menu structure of an application displayed on a mobile terminal of a real-experience-type contents experience system of architectural remains based on an augmented reality according to the present invention
FIG. 3 is an example of an initial screen of an application displayed on a mobile terminal of a real-experience-type contents experience system of architectural remains based on an augmented reality according to the present invention
FIG. 4 is an example of a user guide screen of an application displayed on a mobile terminal of a real-experience-type contents experience system of architectural remains based on an augmented reality according to the present invention
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a marker recognition screen of an application displayed on a mobile terminal of a real-experience-type contents experience system of architectural remains based on an augmented reality according to the present invention
FIG. 6 is a view showing a main screen of a corresponding application of an application displayed on a mobile terminal of a real-
FIG. 7 is a block diagram of an embodiment of a real-time contents experience system of architectural remains based on an augmented reality according to the present invention,
FIG. 8 is a graphical representation of a climatic environment screen of an application displayed on a mobile terminal of a real-
FIG. 9 is a diagram showing an enlarged display screen of an application displayed on a mobile terminal of a real-experience-type contents experience system of architectural remains based on an augmented reality according to the present invention
FIG. 10 is a view showing a photographing screen of an application displayed on a mobile terminal of a real-experience-type contents experience system of architectural remains based on an augmented reality according to the present invention
FIG. 11 is a view showing a setting screen of an application displayed on a mobile terminal of a real-experience-type contents experience system of architectural remains based on an augmented reality according to the present invention
FIG. 12 is a view showing a display screen of different functions of an application displayed on a mobile terminal of a real-experience-type contents experience system of architectural remains based on augmented reality according to the present invention
13 is a graph showing the relationship between the distance from the theoretically expected marker on the basis of the VIO and SLAM technology, which is the basis of the position matching technique,
FIG. 14 is a photograph of a field experiment and a numerical correction process for reducing the error rate to the distance from the marker

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명을 통해 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 고건축물의 복원 고증연구 결과에 대한 공감각적 검토로 보다 실현가능한 복원안을 마련할 수 있다. The present invention can provide a more feasible restoration plan by reviewing the results of the research on the result of the restoration of the high-rise buildings.

이러한 본 발명의 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 증강현실 기법을 이용하여 고건축물의 유적 정보를 디스플레이하는 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템에 있어서, 고건축물의 3차원 정보모델을 기반으로 건축물의 정보를 통합하여 활용이 가능하도록 시설물의 형상, 속성 등을 정보로 표현한 디지털 모형인 기본설계BIM 정보를 저장한 BIM DB(10); 상기 BIM DB의 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠에 접속하기 위한 어플리케이션을 구비한 모바일단말기(20)를 포함하고, 상기 어플리케이션은 실행화면이 출력된 후 해당 고 건축물의 역사적 배경과 의미를 설명하는 설명화면, 상기 설명화면 상의 일측에 구비된 시작버튼을 누름에 의해 생성되는 카메라 촬영 대기를 알리는 마커가 표시되는 마커인식화면, 카메라가 해당 고건축물의 위치로 추정되는 소정 위치를 인식하면 해당 위치에 속하는 건축구조물이 증강되는 메인화면을 포함한다. As shown in FIG. 1, the real-experience type contents experience system of the AR of the present invention is a real-life type contents experience system of augmented reality-based architectural remains displaying the relic information of the building using the AR method A BIM DB (10) storing basic design BIM information, which is a digital model that expresses the shape and property of a facility so that the information of the building can be utilized based on the three-dimensional information model of the building; And a mobile terminal (20) having an application for accessing sensible contents of augmented reality-based architectural remains of the BIM DB. The application displays the historical background and meaning of the building after the execution screen is output A marker recognition screen on which a marker indicating a camera shooting wait time generated by pressing a start button provided on one side of the explanation screen is displayed, and a marker recognition screen on which a camera recognizes a predetermined position estimated as a location of the building, And includes a main screen to which the building structure belonging is augmented.

상기 BIM DB(10)는 3차원 정보모델을 기반으로 구조물의 생애주기에 걸쳐 발생하는 모든 정보를 통합하여 활용이 가능하도록 시설물의 형상, 속성 등을 정보로 표현한 디지털 모형이 저장된 데이터베이스로, 통상의 BIM 기술을 활용하여 만들어지고, 기존의 2차원 도면 환경에서는 달성이 어려웠던 기획, 설계, 시공, 유지관리 단계의 사업정보 통합관리를 통해, 설계 품질 및 생산성 향상, 시공오차 최소화, 체계적 유지관리 등이 이루어질 수 있다. The BIM DB 10 is a database that stores a digital model in which the shape and attributes of a facility are represented by information so that all the information generated over the life cycle of the structure can be integrated and utilized based on the 3D information model, Through the integrated management of business information in planning, designing, construction and maintenance stage, which was made by utilizing BIM technology and which was difficult to achieve in the existing two-dimensional drawing environment, improvement of design quality and productivity, minimization of construction error, Lt; / RTI >

상기 모바일단말기(20)는 통상의 통신 가능한 휴대 단말기로, 애플이 개발 및 제공하는 임베디드 운영체제인 iOS 버전이나, 다른 여타의 휴대폰의 윤영체제인 Android 버전으로 이루어질 수 있다. The mobile terminal 20 may be an iOS version, which is an embedded operating system developed and provided by Apple, or an Android version, which is a compatible system of other mobile phones.

도 3 내지 도 12는 모바일단말기에서 출력되는 어플리케이션 출력화면들로, 도 3 내지 도 6까지 표현될 수 있게 구성함에 의해 오래 기다리지 않고 간단한 화면 흐름을 거쳐 바로 고 건축물을 감상할 수 있게 구성하여, 라이트 버전으로 구현 할 수 있다. FIGS. 3 to 12 are application output screens output from the mobile terminal. FIG. 3 to FIG. 6 illustrate the application output screens of FIG. 3 to FIG. Version.

도 3 내지 12는 iOS 버전에서 구현할 수 있는 다소 무거운 버전으로 상기 모바일단말기(20)는 터치스크린을 갖는 것이 바람직하고, 스크린의 메인화면의 일측에는 메뉴바를 배치하여 항상 원하는 메뉴에 접근할 수 있게 하였다. 3 to 12 are somewhat heavier versions that can be implemented in the iOS version. Preferably, the mobile terminal 20 has a touch screen, and a menu bar is disposed on one side of the main screen of the screen to always access a desired menu .

상기 메뉴바에 구비된 버튼은 화면 일측에 고정되어 어디서든 접근 가능한 메인 메뉴 버튼과, 증강된 콘텐츠의 특정 부분에서만 접근 가능한 부가버튼으로 구성될 수 있다. The buttons provided on the menu bar may include a main menu button fixed at one side of the screen and accessible from anywhere, and an additional button accessible only from a specific portion of the enhanced content.

또한 상기 어플리케이션에서 메뉴바에 구비된 메뉴버튼은 해당 고건축물의 발굴터의 형상을 증강시키는 발굴터버튼, 해당 고건축물의 증강 화면의 기후 환경을 선택하는 환경선택버튼, 증강 화면 중 일부를 확대하여 증강시키는 확대버튼, 증강된 현재 화면을 캡쳐하는 촬영버튼, 경음악, 효과음, 내레이션을 설정하는 설정버튼, 증강 화면 상에서 소정 부분을 선택하였을 때 선택된 부분에 대한 추가 정보를 표시하는 추가정보버튼을 구비하는 것이 바람직하다. In addition, the menu button provided in the menu bar of the application may include an excavator button for enhancing the shape of the digging trowel of the building, an environment selection button for selecting the climate environment of the elevation screen of the tall building, An additional information button for displaying additional information about a selected portion when a predetermined portion is selected on the enhancement screen, and an additional information button for displaying additional information about the selected portion on the enhancement screen desirable.

도 3은 어플리케이션 실행 시 최초의 로딩 화면으로 실시예에서는 황룡사 중문의 AR이다. FIG. 3 is an initial loading screen when the application is executed. In the embodiment, it is the AR of Hwangnyongsa.

도 3의 로딩화면이 지나가면 도 4에 도시한 바와 같이 해당 고건축물의 역사나 이력 특징 등을 설명하고, 어플리케이션을 사용하기 위한 절차나 설명이 디스플레이 된다. When the loading screen of FIG. 3 passes, the history and history characteristics of the corresponding building are described as shown in FIG. 4, and a procedure or explanation for using the application is displayed.

도 4에 도시한 바와 같이 가이드 화면의 일측에는 시작하기 버튼이 구비되어 있으며, 이 버튼을 누르면 도 5에 도시한 바와 같이 카메라 입력 화면에 마커 인식 가이드가 제공된다. As shown in FIG. 4, a start button is provided on one side of the guide screen. When this button is pressed, a marker recognition guide is provided on the camera input screen as shown in FIG.

마커에 해당 고건축물 유적지에 인식도면 도 6에 도시한 바와 같이 해당 고건축물의 메인 화면으로 이동한다.And moves to the main screen of the corresponding building as shown in Fig.

상기 메뉴버튼 중 발굴터버튼은 메인화면에 증강된 해당 고건축물의 기단이 사라지고 화면에는 발굴 현장이 3D로 증강된다. In the menu button, the base of the enhanced building is disappearing on the main screen, and the excavation site is augmented in 3D on the screen.

또한 상기 메뉴버튼에는 사용자가 다양한 기후 환경에서의 고건축물 연상을 볼수 있게 하기 위해 상기한 환경선택버튼을 더 구비하고 있으며, 도 7에 도시한 바와 같이, 이 버튼이 눌려지면 화면의 일측에 다양한 환경설정 버튼이 표시되고 이 버튼 중 어느 하나을 선택하면 눈, 비를 비롯한 환경이 변경된 배경에 고 건축물이 증강된다. In addition, the menu button further includes the above-described environment selection button to allow the user to view the remnants of the building in various climatic environments. As shown in FIG. 7, when the button is pressed, When the setting button is displayed and one of these buttons is selected, the building is enhanced in the background where the environment including the snow, rain, etc. is changed.

또한 상기 메뉴버튼에 구비된 확대버튼은 증강된 3D 연상 중 사용자가 원하는 부분을 확대하여 증강시키기 위한 버튼으로 도 8에 도시한 바와 같이 선택된 일부가 확대되어 증강된다. The enlarged button provided on the menu button is a button for enlarging and enhancing a portion desired by the user during the enhanced 3D association, and a selected portion is enlarged and enhanced as shown in FIG.

상기 촬영버튼은 카메라를 작동시키기 위한 것이 아니라 현재 증강된 이미지를 캡쳐하기 위한 것으로, 이 버튼이 작동되면 현재 증강된 화면의 이미지가 사용자의 모바일단말기에 저장되거나 설정한 메일 주소로 전송될 수 있다. The photographing button is not for activating the camera but for capturing an enhanced image. When the button is activated, an image of the currently enhanced screen can be stored in the user's mobile terminal or transmitted to the set mail address.

상기 설정버튼은 증강된 3D 영상에 적합한 음악이나 나레이션을 선택하기 위한 것으로, 다양한 효과음악이나 배경음악 또는 나레이션 음성을 조정할 수 있다. The setting button is for selecting music or narration suitable for the enhanced 3D image, and can adjust various effect music, background music, or narration voice.

상기 추가정보버튼은 증강된 3D 영상 중 사용자가 지정한 특정 부분에 대한 추가 설명을 듣거나 볼 수 있는 기능을 수행하기 위한 것으로, 도 12 (b)에 도시한 바와 같이 선택된 부분만의 영상이나 기능 등의 추가 정보를 얻을 수 있다. The additional information button is for performing a function of hearing or viewing an additional description of a specific part specified by the user among the enhanced 3D images. As shown in FIG. 12 (b) Can be obtained.

또한 상기 설정버튼은 관람자가 해당 고건축물의 출입문 근처에 접근할 경우 자동적으로 문이 개방되고(도 12 (a)참조), 도 12 (c)에 도시한 바와 같이 계단을 올라가는 효과를 증강시키는 층간이동버튼, 도 12 (d) 에 도시한 바와 같이, 2층에 관람자가 도달하면 창문이 개방되는 효과를 구비하여 창문이 개방된 상태의 고건축물 3D영상을 증강시킬 수 있다. In addition, when the spectator approaches the entrance of the building, the setting button automatically opens the door (refer to FIG. 12 (a)). As shown in FIG. 12 (c) As shown in Fig. 12 (d), when the viewer reaches the second floor, the effect of opening the window is provided, so that the 3D image of the building with the window open can be enhanced.

상기와 같은 본 발명의 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템에서 상기 BIM DB(10)에 저장된 정보는 폴리곤 최적화, 누락 및 보완 사항 확인 후 모델링 추가, 매핑 적용 및 단조로움을 피하기 위한 각 오브젝트별 UV조정 과정을 통해 최적화되는 것이 바람직하다. The information stored in the BIM DB 10 in the real-experience-type contents experience system of the augmented reality-based architectural heritage of the present invention as described above can be used for various objects such as polygon optimization, missing and complementary items, modeling addition, It is desirable to optimize through a star UV adjustment process.

통상적으로 BIM data를 폴리곤으로 전환하면 과도하게 폴리곤수가 많거나 뒤집히고 깨지는 폴리곤이 생기는 경우가 있으며, 폴리곤수가 과도하게 많거나 깨져있는 경우는 엔진에서 에러를 일으키며 퍼포먼스에 악영향을 주게 되므로 폴리곤 기반 3D툴에서 수정하여 폴리곤 최적화를 한다. Converting BIM data to polygons typically results in excessive polygon counts, overturned and broken polygons, and excessive polygon counts or corruption can cause engine errors and adversely affect performance, so polygon-based 3D tools Optimize the polygon by modifying it.

또한 CAD나 BIM툴과 같은 프로그램에서 만들어진 텍스쳐들은 퀄리티가 떨어지고 정확하지 않은 경우가 많으므로 텍스쳐도 최소한의 크기로 최대의 효과를 낼 수 있도록 UV와 스케일을 조정한다. Also, since textures made by programs such as CAD and BIM tools are often inferior in quality and inaccurate, we adjust the UVs and scales so that the texture can be maximized with minimal size.

또한 통상적인 BIM 설계프로그램에서 만들기 어려운 유기체, 비정형모델과 같이 누락된 모델은 3D툴로 직접 폴리곤 모델링 작업을 하는 것이다.In addition, missing models, such as organisms and atypical models, which are difficult to create in conventional BIM design programs, work directly with polygon modeling with 3D tools.

또한 상기의 폴리곤 모델링 데이터가 관람자의 장비에 디스플레이되어 가시화 될 때, 실제 배경이 되는 현장의 정확한 위치에 디스플레이되도록 마커를 인식하여 최초의 정확한 위치를 정합한 후, VIO나 SLAM기술을 적용하여 카메라 추적, 자이로 센서 등의 장비가 정확한 위치를 추적하고, 마커를 통해 인식되 최초 위치에서 거리가 멀어질수록 발생하는 오차를 줄이기 위해 현장 실험을 통한 수치 보정을 통해 이론상의 오차율을 최소화 시킨다. When the above polygon modeling data is displayed on the spectator's equipment and displayed, the markers are recognized so that they are displayed at the precise position of the actual background, and the first accurate position is matched. Then, VIO or SLAM technology is applied to the camera , Gyro sensors, etc. are tracked accurately, and the theoretical error rate is minimized by numerical correction through field experiments to reduce the error that occurs as the distance from the initial position is recognized by the marker.

도 14에 도시한 바와 같은 과정을 통해 마커로부터의 거리 대비 오차율을 줄이기 위한 현장 실험을 하였다. 14, a field experiment was performed to reduce the error rate to the distance from the marker.

일예로 정확한 황룡사 중문 크기(세로 11.62m, 가로 26.65m)대로 증강하기 위해 여러 번 실측하여 정확한 오차율의 소수점 세 자리인 3.455%의 값을 구하였다.For example, to accurately measure the size of the Hwangnyongsa temple (11.62m in length and 26.65m in width), we measured the number of decimal points of 3.455%, which is the exact error rate.

보정 결과 3.455% 만큼의 오차를 줄이고, 황룡사 중문을 정확한 크기로 증강할 수 있도록 프로그램 상에 값 세팅하였다.The correction result is set to a value of 3.455%, and the value of the program is set so that the Hwangnyongsa temple can be reinforced to the correct size.

도 13은 1도 오차 가정하여, 마커로부터 떨어진 거리(100cm~3000cm)별 오차 시뮬레이션 결과표이다. 13 is an error simulation result table for a distance (100 cm to 3000 cm) away from the marker assuming 1 degree error.

10: BIM DB
20: 모바일단말기
30: 증강현실제공서버
40: 관리자단말기10: BIM DB
20: Mobile terminal
30: Augmented reality providing server
40: administrator terminal

Claims (5)

증강현실 기법을 이용하여 고건축물의 유적 정보를 디스플레이하는 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템으로,
고 건축물의 3차원 정보모델을 기반으로 건축물의 정보를 통합하여 활용이 가능하도록 시설물의 형상, 속성 등을 정보로 표현한 디지털 모형인 기본설계BIM 정보를 저장한 BIM DB(10); 상기 BIM BD의 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠에 접속하기 위한 어플리케이션을 구비한 모바일단말기(20)를 포함하고,
상기 어플리케이션은 실행화면이 출력된 후 해당 고 건축물의 역사적 배경과 의미를 설명하는 설명화면, 상기 설명화면 상의 일측에 구비된 시작버튼을 누름에 의해 생성되는 카메라 촬영 대기를 알리는 마커가 표시되는 마커인식화면, 카메라가 해당 고 건축물의 위치로 추정되는 소정 위치를 인식하면 해당 위치에 속하는 건축구조물이 정확한 위치에 증강되는 메인화면을 포함하며,
상기 BIM DB(10)에 저장된 정보는 폴리곤 최적화, 누락 및 보완 사항 확인 후 모델링 추가, 매핑 적용 및 단조로움을 피하기 위한 각 오브젝트별 UV조정 과정을 통해 최적화되는 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템에 있어서,
상기 모바일단말기(20)는 터치스크린을 갖고, 어플리케이션은 스크린의 메인화면의 일측에는 메뉴바를 배치하여 항상 원하는 메뉴에 접근할 수 있게 하되, 메뉴바에 구비된 버튼은 화면 일측에 고정되어 어디서든 접근 가능한 메인 메뉴 버튼과, 증강된 콘텐츠의 특정 부분에서만 접근 가능한 부가버튼으로 구성되고,
상기 어플리케이션에서 메뉴바에 구비된 메뉴버튼은 해당 고건축물의 발굴터의 형상을 증강시키는 발굴터버튼, 해당 고건축물의 증강 화면의 기후 환경을 선택하는 환경선택버튼, 증강 화면 중 일부를 확대하여 증강시키는 확대버튼, 증강된 현재 화면을 캡쳐하는 촬영버튼, 경음악, 효과음, 내레이션을 설정하는 설정버튼, 증강 화면 상에서 소정 부분을 선택하였을 때 선택된 부분에 대한 추가 정보를 표시하는 추가정보버튼을 구비하며,
상기 어플리케이션은 증강되는 화면이 실제 배경이 되는 현장의 정확한 위치에 정합되도록 모바일 OS별로 VIO 또는 SLAM 기술을 적용하되, 이론적 오차를 줄이기 위해 어플리케이션의 초기 구동 단계에서 카메라인식 수단의 마커를 인식하여 초기 위치를 정합하고, 현장실험을 통해 얻어진 위치 보정 자료를 적용하여 실제 증강 시 이론적 오차보다 적은 오차를 구현하는 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 증강현실 기반 건축 유적의 실감형 콘텐츠 체험시스템.As a realistic contents experience system of architectural remains based on Augmented Reality which displays the relics information of the high architecture using ARR technique,
A BIM DB (10) storing basic design BIM information, which is a digital model in which the shape and property of the facility are expressed by information so that the information of the building can be utilized based on the three-dimensional information model of the building; And a mobile terminal (20) having an application for accessing realistic contents of augmented reality-based architectural remains of the BIM BD,
The application may include a description screen for explaining the historical background and meaning of the building after the execution screen is output, a marker recognition unit for displaying a marker indicating a camera shooting wait time generated by pressing a start button provided on one side of the description screen And a main screen in which the building structure belonging to the location is enhanced at an accurate position when the camera recognizes a predetermined position estimated as the location of the building,
The information stored in the BIM DB 10 is augmented reality contents of augmented reality-based architectural objects that are optimized through polygon optimization, missing and complementary confirmation, modeling addition, mapping application, and UV adjustment process for each object to avoid monotony In the system,
The mobile terminal 20 has a touch screen, and the application can access a desired menu by disposing a menu bar on one side of the main screen of the screen. The buttons provided on the menu bar are fixed at one side of the screen, A main menu button and an additional button accessible only to a specific portion of the augmented content,
The menu button provided on the menu bar in the application may include a digger button for enhancing the shape of the digging trowel of the building, an environment selection button for selecting the climate environment of the elevation screen of the tall building, An enlargement button, a shooting button for capturing an enhanced current screen, a setting button for setting instrumental music, an effect sound, a narration, and an additional information button for displaying additional information on a selected portion when a predetermined portion is selected on the enhancement screen,
In order to reduce the theoretical error, the application recognizes the marker of the camera recognition means at the initial operation stage of the application, and sets the initial position And realizing an error less than the theoretical error in actual enhancement by applying the position correction data obtained through the field test, the real experience type contents experiencing system of architectural remains based on the augmented reality. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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